第5課基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)(2)

1、7 多進制數(shù)字調(diào)制多進制數(shù)字調(diào)制 多進制調(diào)制信號是指狀態(tài)數(shù)目多進制調(diào)制信號是指狀態(tài)數(shù)目M大于大于2的已調(diào)信號，又稱的已調(diào)信號，又稱為多元調(diào)制信號，通常取為多元調(diào)制信號，通常取M為為2的冪次（的冪次（M2n）。在二進）。在二進制載波數(shù)字調(diào)制中，基帶數(shù)字信號只有兩種狀態(tài)，所以一制載波數(shù)字調(diào)制中，基帶數(shù)字信號只有兩種狀態(tài)，所以一個碼元只攜帶一個比特信息，在多進制系統(tǒng)中，一位多進個碼元只攜帶一個比特信息，在多進制系統(tǒng)中，一位多進制符號代表若干位二進制符號，所以，一個碼元攜帶的比制符號代表若干位二進制符號，所以，一個碼元攜帶的比特數(shù)大于特數(shù)大于1。當攜帶信息的參數(shù)分別為載波的幅度、頻率。當攜帶信息的參數(shù)

2、分別為載波的幅度、頻率或相位時，數(shù)字調(diào)制信號為或相位時，數(shù)字調(diào)制信號為M進制幅度調(diào)制（進制幅度調(diào)制（MASK）、）、M進制頻率調(diào)制（進制頻率調(diào)制（MFSK）或）或M進制相位調(diào)制（進制相位調(diào)制（MPSK）。）。 多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)具有以下特點：多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)具有以下特點： （1）在相同的傳碼率條件下，多進制數(shù)字系統(tǒng)的信息速率高于二）在相同的傳碼率條件下，多進制數(shù)字系統(tǒng)的信息速率高于二進制系統(tǒng)。進制系統(tǒng)。 （2）在相同的信息率條件下，多進制的傳碼率比二進制低，可減）在相同的信息率條件下，多進制的傳碼率比二進制低，可減小信道帶寬，并且使多進制信號碼元的持續(xù)時間要比二進制的寬。小信道帶寬，并且使多

3、進制信號碼元的持續(xù)時間要比二進制的寬。碼元寬度的增加可增加碼元能量，有利于提高通信系統(tǒng)的可靠性。碼元寬度的增加可增加碼元能量，有利于提高通信系統(tǒng)的可靠性。7.1 MASK幅度調(diào)制幅度調(diào)制 【例題例題】 對數(shù)字序列對數(shù)字序列01111000010010110001進進行行4ASK調(diào)制。調(diào)制。 解解 nlog242，故首先將序列中每，故首先將序列中每2位一組變換位一組變換為四電平信號，即用為四電平信號，即用4組二進制碼對組二進制碼對4種電平編碼。種電平編碼。若我們用若我們用00表示表示0，01表示表示1，10表示表示2，11表示表示3。（編碼方式不唯一），則原序列變?yōu)樗碾娖健＃ň幋a方式不唯一），則

4、原序列變?yōu)樗碾娖叫蛄校盒蛄校?320102301，對載波調(diào)制后，可得，對載波調(diào)制后，可得4ASK波形如下圖所示。波形如下圖所示。7.1 MASK幅度調(diào)制幅度調(diào)制可見可見MASK信號可信號可看作多個看作多個2ASK信信號的疊加號的疊加7.1 MASK幅度調(diào)制幅度調(diào)制經(jīng)經(jīng)MASK調(diào)制后的信調(diào)制后的信號帶寬仍然是原始號帶寬仍然是原始基帶信號帶寬的基帶信號帶寬的2倍。倍。7.1 MASK幅度調(diào)制幅度調(diào)制MASK的調(diào)制和解調(diào)的調(diào)制和解調(diào) 調(diào)制方法與調(diào)制方法與2ASK相同，但是首先要將數(shù)字基帶信號由二相同，但是首先要將數(shù)字基帶信號由二進制變?yōu)檫M制變?yōu)镸進制，用它對載波信號進行調(diào)制就可以得到進制，用它對載波

5、信號進行調(diào)制就可以得到MASK信號。信號。MASK信號可以看作是信號可以看作是M個個2ASK信號的疊信號的疊加，因此，加，因此，MASK信號的解調(diào)原理與信號的解調(diào)原理與2ASK的解調(diào)原理相的解調(diào)原理相同，包括相干解調(diào)和包絡解調(diào)。同，包括相干解調(diào)和包絡解調(diào)。 對對MASK信號，其信息速率與碼元速率之間有如下關系：信號，其信息速率與碼元速率之間有如下關系： 與與2ASK相比，在相同的碼元速率下，相比，在相同的碼元速率下，MASK的信息速率的信息速率是是2ASK的的log2M倍，或者說在相同的信息速率下，倍，或者說在相同的信息速率下，MASK所要求的帶寬僅是所要求的帶寬僅是2ASK的的1/ log2

6、M 。但其抗干擾。但其抗干擾性不如性不如2ASK。MBbRR2log 7.1 MASK幅度調(diào)制幅度調(diào)制 例題例題 求傳碼率為求傳碼率為10001000波特的波特的1616進制進制ASKASK系統(tǒng)的信息傳輸速系統(tǒng)的信息傳輸速率；若采用率；若采用2 2進制進制ASKASK，傳碼率不變，信息速率又是多少？，傳碼率不變，信息速率又是多少？bpsMRRBASKb400041000log216bpsMRRBASKb200012000log22 在在MFSK中，載波頻率有中，載波頻率有M種，分別為種，分別為f1,f2,fM這這些載波頻率分別些載波頻率分別 對應著對應著M進制中的進制中的M種狀態(tài)種狀態(tài). MF

7、SK系統(tǒng)中每個碼元攜帶的信息為系統(tǒng)中每個碼元攜帶的信息為log2M比特，比特，比比2FSK系統(tǒng)的每個碼元攜帶比特信息要高。但系統(tǒng)的每個碼元攜帶比特信息要高。但是抗干擾性不如是抗干擾性不如2FSK。7.2 MFSK頻率調(diào)制頻率調(diào)制 以以4FSK為例為例t4FSK302130要注意在實際中要注意在實際中4個載波頻率都遠遠高于碼元速率個載波頻率都遠遠高于碼元速率7.2 MFSK頻率調(diào)制頻率調(diào)制 多進制數(shù)字相位調(diào)制是利用多個不同相位的正弦多進制數(shù)字相位調(diào)制是利用多個不同相位的正弦載波信號來表示載波信號來表示M進制中的進制中的M種狀態(tài)。也分為多進種狀態(tài)。也分為多進制絕對移相制絕對移相(MPSK)和多進制

8、相對移相和多進制相對移相(MDPSK) 例如例如4PSK信號使用信號使用4種不同的相位信號，也就是種不同的相位信號，也就是說要有說要有4個相位與四進制的個相位與四進制的4個狀態(tài)相對應，這個狀態(tài)相對應，這4個個相位可以是相位可以是0、/2、 、-/2，也可以是，也可以是-/4、 /4 、 3/4 、-3/4 等等7.3 MPSK相位調(diào)制相位調(diào)制4PSK（/2系統(tǒng)系統(tǒng)）的波形）的波形2302014進制數(shù)據(jù)進制數(shù)據(jù)2進制數(shù)據(jù)進制數(shù)據(jù)101100100100參考載波參考載波t)2(4系統(tǒng)PSKt2進制數(shù)據(jù)與載波相位差00010/21101-/2波形時要與載波比較畫 PSK44PSK（/4系統(tǒng)系統(tǒng)）的波

9、形）的波形2302014進制數(shù)據(jù)進制數(shù)據(jù)2進制數(shù)據(jù)進制數(shù)據(jù)101100100100參考載波參考載波t)4(4系統(tǒng)PSK2進制數(shù)據(jù)與載波相位差00-3/410-/411/4013/4波形時要與載波比較畫 PSK4t4DPSK（/2系統(tǒng)系統(tǒng)）的波形）的波形4DPSK的原理的原理 與與2DPSK類似，根據(jù)要發(fā)的數(shù)據(jù)，在前一個碼元類似，根據(jù)要發(fā)的數(shù)據(jù)，在前一個碼元的波形基礎上進行相位移動的波形基礎上進行相位移動 而不是與載波比較而不是與載波比較 這時候相位關系表格中的相位意義是這時候相位關系表格中的相位意義是 本碼元相位與上一個碼元相位之差本碼元相位與上一個碼元相位之差2302014進制數(shù)據(jù)進制數(shù)據(jù)2

10、進制數(shù)據(jù)進制數(shù)據(jù)101100100100)2(4系統(tǒng)DPSKt2進制數(shù)據(jù)與前1碼元相位差00010/21101-/2初始相位初始相位前一個碼元的波形比較波形時要與畫 DPSK44DPSK（/2系統(tǒng)系統(tǒng)）的波形）的波形星座圖星座圖 數(shù)字調(diào)制用數(shù)字調(diào)制用“星座圖星座圖”來描述，星座圖中定義了來描述，星座圖中定義了一種調(diào)制技術的兩個基本參數(shù)：（一種調(diào)制技術的兩個基本參數(shù)：（1）信號分布；）信號分布；（2）與調(diào)制數(shù)字比特之間的）與調(diào)制數(shù)字比特之間的映射映射關系。星座圖關系。星座圖中規(guī)定了星座點與傳輸比特間的對應關系，這種中規(guī)定了星座點與傳輸比特間的對應關系，這種關系稱為關系稱為“映射映射”，一種調(diào)制技

11、術的特性可由信，一種調(diào)制技術的特性可由信號分布和映射完全定義，即可由星座圖來完全定號分布和映射完全定義，即可由星座圖來完全定義。義。 星座圖星座圖參考相位參考相位為例來說明以 PSK2（在這里可（在這里可以認為是載以認為是載波相位）波相位）發(fā)發(fā)“1”時與載波同時與載波同相相發(fā)發(fā)“0”時與載波反時與載波反相相原原點點可以看出，如果確定了原點和參考方向，這些矢量可以看出，如果確定了原點和參考方向，這些矢量可以分別用可以分別用1個星座點來表示個星座點來表示10星座圖星座圖 同理，對同理，對2PSK進行推廣，當采用進行推廣，當采用4PSK時時 我們可以令我們可以令 發(fā)發(fā)“00”時，使產(chǎn)生波形與載波同相

12、（相位差時，使產(chǎn)生波形與載波同相（相位差=0） 發(fā)發(fā)“11”時，使產(chǎn)生波形與載波反相（相位差時，使產(chǎn)生波形與載波反相（相位差=） 發(fā)發(fā)“10”時，使產(chǎn)生波形與載波相位差時，使產(chǎn)生波形與載波相位差=/2 發(fā)發(fā)“01”時，使產(chǎn)生波形與載波相位差時，使產(chǎn)生波形與載波相位差=-/2參考相位參考相位00111001 如果令如果令 發(fā)發(fā)“11”時，使產(chǎn)生波形與載波相位差時，使產(chǎn)生波形與載波相位差= /4 發(fā)發(fā)“10”時，使產(chǎn)生波形與載波相位差時，使產(chǎn)生波形與載波相位差= -/4 發(fā)發(fā)“01”時，使產(chǎn)生波形與載波相位差時，使產(chǎn)生波形與載波相位差= 3/4 發(fā)發(fā)“00”時，使產(chǎn)生波形與載波相位差時，使產(chǎn)生波形

13、與載波相位差= -3/4參考相位參考相位11100100星座圖星座圖7.3 MPSK相位調(diào)制相位調(diào)制 在同樣的碼元速率下，在同樣的碼元速率下，4PSK4PSK的傳信率是的傳信率是2PSK2PSK的二的二倍，但是由于倍，但是由于4PSK4PSK相鄰狀態(tài)之間的相位差（相鄰狀態(tài)之間的相位差（/2/2）要比要比2PSK2PSK的相位差（的相位差（）小，解調(diào)時出現(xiàn)錯誤判）小，解調(diào)時出現(xiàn)錯誤判決的可能性就要大，同樣，決的可能性就要大，同樣，8PSK8PSK的傳信率更高，的傳信率更高，但誤碼率也會更大；但誤碼率也會更大；不難發(fā)現(xiàn)，不難發(fā)現(xiàn)，接收端對這些信接收端對這些信號相鄰狀態(tài)的分辯能力與它們的矢量端點之間

14、的號相鄰狀態(tài)的分辯能力與它們的矢量端點之間的間隔有關，間隔越大，越容易分辯，也就是越不間隔有關，間隔越大，越容易分辯，也就是越不易受干擾的影響。易受干擾的影響。7.3 MPSK相位調(diào)制相位調(diào)制 PSKPSK只是從相位上將信號的各種狀態(tài)區(qū)分開來，它只是從相位上將信號的各種狀態(tài)區(qū)分開來，它們的幅度相同的。而們的幅度相同的。而ASKASK只是從幅度上將信號的各只是從幅度上將信號的各種狀態(tài)區(qū)分開來，它們的相位是相同的。種狀態(tài)區(qū)分開來，它們的相位是相同的。如果既如果既從相位上、同時又從幅度上使信號相鄰狀態(tài)有區(qū)從相位上、同時又從幅度上使信號相鄰狀態(tài)有區(qū)別，那么在相同的進制數(shù)下，可以得到較大的噪別，那么在相

15、同的進制數(shù)下，可以得到較大的噪聲容差，也就可以得到較小的誤碼率。聲容差，也就可以得到較小的誤碼率。8 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術 正交幅度調(diào)制正交幅度調(diào)制(QAM) 應用于應用于ADSL Modem、Cable Modem （電纜調(diào)（電纜調(diào)制解調(diào)器）制解調(diào)器） QAM實質(zhì)就是通過基帶信號控制載波的振幅和相實質(zhì)就是通過基帶信號控制載波的振幅和相位，從而在碼元速率固定的情況下提高信息傳輸位，從而在碼元速率固定的情況下提高信息傳輸速率。速率。 QAM是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，實現(xiàn)兩路同頻載波進行抑制載波的雙邊帶

16、調(diào)制，實現(xiàn)兩路并行傳輸。并行傳輸。 設設m1(t)和和m2(t)是兩個獨立的雙極性不歸零矩形脈是兩個獨立的雙極性不歸零矩形脈沖序列，沖序列，coswct和和sinwct是正交的同頻載波，則是正交的同頻載波，則生成的正交幅度調(diào)制信號為：生成的正交幅度調(diào)制信號為： 上式中的上式中的m1(t)和和m2(t)是雙極性序列，分別和載波是雙極性序列，分別和載波相乘后得到相乘后得到 和和 ，處理過程如下圖所，處理過程如下圖所示示twtmtwtmtsccsin)(cos)()(21tw0costw0sin8 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術相乘器相乘器m1(t)m2(t)碼變換碼變換載波發(fā)生器載波發(fā)生器/2碼

17、變換碼變換cos(w0t)sin(w0t)相乘器相乘器)(ts110100104QAM在上述的在上述的QAMQAM系統(tǒng)中，基帶信號是二進制信號，系統(tǒng)中，基帶信號是二進制信號，所以圖中的矢量有所以圖中的矢量有4 4個相位，調(diào)制后的信號稱為個相位，調(diào)制后的信號稱為二進制二進制QAMQAM（4QAM4QAM）信號。）信號。8 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術調(diào)制調(diào)制8 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術m1(t)m2(t)相乘器相乘器載波發(fā)生器載波發(fā)生器/2碼變換碼變換cos(wct)sin(wct)(ts解調(diào)解調(diào)相乘器相乘器低通濾波器低通濾波器低通濾波器低通濾波器采樣判決采樣判決采樣判決采樣判決定時

18、采樣定時采樣碼變換碼變換)2sin()(21)2cos()(21)(21cossin)(cos)(21121twtmtwtmtmtwtwtmtwtmccccc過濾掉過濾掉8 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術m1(t)m2(t)相乘器相乘器載波發(fā)生器載波發(fā)生器/2碼變換碼變換cos(wct)sin(wct)(ts解調(diào)解調(diào)相乘器相乘器低通濾波器低通濾波器低通濾波器低通濾波器采樣判決采樣判決采樣判決采樣判決定時采樣定時采樣碼變換碼變換)2sin()(21)2cos()(21)(21sinsin)(cos)(12221twtmtwtmtmtwtwtmtwtmccccc過濾掉過濾掉 要想得到多進制要想得到多進制QAM信號，可先將二進制轉(zhuǎn)換成信號，可先將二進制轉(zhuǎn)換成M進制信號，再進行正交調(diào)制。常見的多進制進制信號，再進行正交調(diào)制。常見的多進制QAM信號有四進制信號有四進制QAM（l6QAM）、八進制）、八進制QAM（64QAM）等它們對應的信號矢量端點數(shù)分別為）等它們對應的信號矢量端點數(shù)分別為16和和64，即信號電平數(shù)，即信號電平數(shù)M與信號矢量端點數(shù)與信號矢量端點數(shù)m之間之間的關系為的關系為m=M2 4QAM中每個碼元攜帶中每個碼元攜帶2比特，比